Az élet legkorábbi formáinak is szükségük volt egy mechanizmusra, amellyel lemásolhatták saját genetikai utasításaikat. Most egy kutatócsoportnak sikerült létrehoznia egy olyan laboratóriumi rendszert, amely ezt az önmásolási folyamatot egyszerű RNS-összetevők segítségével képes végrehajtani. Ez az áttörés közelebb hozza a tudományt ahhoz, hogy laboratóriumi körülmények között is tanulmányozhassuk az élet keletkezésének legelső lépéseit.
„Ez volt az a molekula, amely beindította a biológiát” – mondta James Attwater, a University College London kutatója, a tanulmány vezetője.
A főszerepben a ribozim
A kísérletben egy mesterséges ribozim (egy olyan RNS-molekula, amely képes kémiai reakciókat katalizálni) kapta a főszerepet. Ez a ribozim három bázispárból álló RNS-darabokat kapcsol össze különböző, egymást váltogató környezeti hatások (meleg, hideg, savas és lúgos közeg) hatására.
RNS: a korai élet kulcsszereplője
Az RNS egyszerre képes genetikai információt tárolni és kémiai reakciókat katalizálni – ez az elképzelés az „RNS-világ” elmélet alapja, amely szerint az élet kezdetben pusztán RNS-molekulákból állhatott. A mai sejtekben is jelen van az RNS több fontos folyamatban: ilyenek például a riboszómák, a génszabályozás vagy a splicing mechanizmusok.
A rövid RNS-láncok képesek aktív formákba hajtogatódni, más RNS-szálakat elvágni, sőt, fehérjetermeléshez szükséges peptideket építeni. Ezért a kutatók régóta próbálják bebizonyítani, hogy ezek a molekulák önállóan is képesek voltak másolni magukat.
A másolás technikai akadályai
A probléma az, hogy az újonnan létrehozott RNS-szálak túlságosan erősen tapadnak az eredeti szálhoz, így nem tudnak szétválni – ez ellehetetleníti a következő másolási ciklust. Eddig több módszerrel is próbálkoztak a szétválasztás elősegítésére – például savakkal, hővel vagy más vegyületekkel –, ám ezek gyakran károsították magát az RNS-t is.
Attwater csapata viszont egy elegáns megoldást talált: rövid, három bázispárból álló RNS-trifoszfátokat használtak, amelyek egyszerre tudják stabilizálni az egyes RNS-szálakat és részt venni a másolás folyamatában. Ezek a „triplettek” elég hosszúak ahhoz, hogy megfelelően kapcsolódjanak, de elég rövidek is, hogy csökkentsék a hibák számát.
Meleg-hideg ciklusok és önmásolás
A rendszer alapja az ismétlődő meleg (80 °C) és hideg (7 °C) ciklusok sorozata. A magas hőmérsékleten a RNS-szálak szétválnak, majd a hidegben új szálak formálódnak belőlük, miközben a folyadék kristályosodása elősegíti az összetevők koncentrációját.
Ez a ciklikus folyamat lehetővé teszi, hogy a ribozim ismétlődően összefűzze a tripletteket, új RNS-szálakat hozva létre. A folyamat során a rendszer exponenciális növekedést mutatott: az egyik ciklusban létrehozott szálak a következő körben újabb másolatok sablonjaivá váltak.
Kapcsolat a mai genetikai kóddal
A kutatók felfigyeltek arra, hogy azok a triplettek, amelyek a leghatékonyabban segítették a szétválást, megegyeznek azokkal, amelyeket a genetikai kód legősibb elemeinek tartanak. Ez arra utal, hogy a genetikai kód evolúciója már azelőtt elkezdődhetett, hogy a fehérjék vagy sejtszervecskék megjelentek volna.
A vizsgálatok alapján az is valószínűsíthető, hogy az élet hajnalán valami hasonló történhetett geotermikusan aktív tavak környezetében – például a mai Izlandhoz hasonló helyeken –, ahol egyszerre voltak jelen hőforrások, savas gázok és hideg víz.
Az önmásolás első jelei
A rendszer nemcsak létező RNS-szálakat tudott másolni, hanem teljesen új szekvenciákat is előállított véletlenszerű kiinduló anyagból. Ezeket a szekvenciákat a ciklusokon keresztül tovább tudta sokszorosítani.
A legjobb eredmények olyan szálakból származtak, amelyek a ribozim egyes részeire hasonlítottak – ez az önmásolás egy korai formáját jelzi, amely előrevetíti, hogyan jelenhettek meg az első funkcionális molekulák több milliárd évvel ezelőtt.
Közelebb az élet eredetének megértéséhez
A következő cél, hogy a ribozim képes legyen saját magát teljes egészében lemásolni (jelenleg csak kb. 30 bázist tud 180-ból), majd újra és újra megismételni ezt a folyamatot.
Ha ez sikerül, a tudósok a kémcsőben közvetlenül megfigyelhetik az evolúció alaptörvényeit – a mutációkat és a természetes szelekciót – tisztán RNS-molekulák és egyszerű sók közegében. Ez pedig forradalmasíthatja az élet eredetéről alkotott elképzeléseinket.
A tanulmány a Nature Chemistry folyóiratban jelent meg.
Fotó: Canva
Hozzászólás írása
Ajaj, nem vagy bejelentkezve! Te tudtad, hogy a fenti cikk elolvasásáért pontot kaptál volna a PlanetZ oldalán? Regisztrálj 1 perc alatt az alábbi linken, gyűjts pontot a cikkek elolvasásáért, kommentelésért és megosztásért. Legyél aktív tag és váltsd be a pontjaid értékes ajándékokra!